JP3781575B2 - 導電性ボールの搭載装置および搭載方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に形成された複数の電子部品（半導体素子）の電極に導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置および搭載方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品に突出電極であるバンプを形成する工程においては、半田ボールなどの導電性ボールが電子部品の電極上に搭載される。近年この導電性ボールの搭載形態として、電子部品が個片に切り出される前のウェハの状態、すなわち電子部品である半導体素子が格子状の配列で多数形成された状態で導電性ボールを搭載する方法が用いられるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウェハに直接導電性ボールを搭載する場合、従来は以下に述べるような問題点があった。ウェハは円形状であり、この円形状のウェハから矩形状の個片電子部品を切り出すことから、切り出し線とウェハの外周とは一致しない。このためウェハの外周近傍では切り出し線は不規則な階段状となる。この結果ウェハの各電子部品に導電性ボールを搭載する際に、複数の電子部品をまとまりの良い矩形状のブロックとして括ることができず、個片単位で搭載するか、またはウェハ全体を一括して搭載するかのいずれかを選択するしかなかった。このため個片で搭載する場合には多数回の搭載を行う必要があって生産性が低下し、また全体を一括して搭載する場合には正常な搭載を確保する信頼性に難点があるなど、従来はウェハへ直接導電性ボールを搭載する場合には、効率良く安定した搭載が困難であった。
【０００４】
そこで本発明は、基板に形成された複数の電子部品の電極に効率良く安定した導電性ボールの搭載を行うことができる導電性ボールの搭載装置および搭載方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の導電性ボールの搭載装置は、ボール供給部の導電性ボールをピックアップヘッドにより真空吸着してピックアップし、略円形状の基板に形成された複数の電子部品の電極に搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記ピックアップヘッドは前記略円形状の基板を複数区画に分割した分割区画のそれぞれをカバーする略矩形状の吸着面を有する吸着ツールを備えており、この吸着ツールの吸着面に前記電子部品の配列ピッチに対応した吸着部を形成し、且つこの吸着部に導電性ボールを吸着する複数の吸着孔を形成し、また前記分割区画内の電子部品と対応した吸着部のみに限定して導電性ボールを吸着させる吸着限定手段を設け、この吸着限定手段は前記吸着ツールの下面に着脱自在に装着されて前記吸着部のうち前記分割区画内の電子部品に対応した吸着部以外の吸着部の吸着孔を閉塞するマスク部材であり、このマスク部材を前記吸着ヘッドの下面に着脱自在に装着して、前記ボール供給部の導電性ボールのピックアップと前記略円形状の基板への搭載を行うようにした。
【０００８】
請求項２記載の導電性ボールの搭載方法は、請求項１記載の導電性ボールの搭載装置によって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載方法であって、前記吸着ツールの下面に前記マスク部材を着脱自在に装着することにより、このマスク部材によって前記分割区画内の電子部品に対応した吸着部のみに限定して前記ボール供給部の導電性ボールを吸着してピックアップし、各分割区画ごとに前記吸着ツールに吸着された導電性ボールを一括して前記略円形状の基板に前記マスクを装着した状態で搭載するようにした。
【０００９】
請求項３記載の導電性ボールの搭載装置は、略円形状の基板に形成された複数の電子部品の電極に吸着ツールによって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記略円形状の基板を複数区画に分割した分割区画のそれぞれをカバーする略矩形状の吸着面を有する吸着ツールと、この吸着ツールの吸着面に前記電子部品の配列ピッチに対応して形成され、前記電極に対応する位置に導電性ボールを吸着する吸着部と、前記分割区画内の電子部品と対応した吸着部のみに限定して導電性ボールを吸着させる吸着限定手段とを備え、前記吸着部は、静電吸着によって導電性ボールを吸着する複数の帯電部を有し、前記吸着限定手段は前記帯電部を制御して前記吸着部のうち前記分割区画内の電子部品に対応した吸着部以外の吸着部の帯電部の帯電を解除する帯電制御手段である。
【００１０】
請求項４記載の導電性ボールの搭載方法は、請求項３記載の導電性ボールの搭載装置を用いる導電性ボールの搭載方法であって、前記帯電制御部によって前記帯電部の帯電を制御して、前記吸着部のうち略円形状の基板の分割区画内の電子部品に対応した吸着部以外の帯電部の帯電を解除することにより、電子部品に対応した吸着部のみに限定してボール供給部の導電性ボールを吸着してピックアップし、各分割区画ごとに前記吸着ツールに吸着された導電性ボールを一括して前記略円形状の基板に搭載する。
【００１１】
本発明によれば、導電性ボールを吸着する際に吸着限定手段によって各分割区画に応じて定められる所定範囲の吸着部のみに限定して導電性ボールを吸着してピックアップし、各分割区画ごとに導電性ボールを一括して搭載することにより、単一の吸着ツールを用いて導電性ボールが搭載されない特定部分を有する基板への導電性ボールの搭載を効率良くしかも安定して行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装置の斜視図、図２（ａ）は同導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの断面図、図２（ｂ）は同導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッド下面の平面図、図３（ａ）は同ウェハの平面図、図３（ｂ）は同ウェハの部分平面図、図４（ａ），（ｂ）は同ウェハの平面図、図５は同導電性ボールの搭載装置のマスク載置部の平面図、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は同導電性ボールの搭載方法の工程説明図、図７は同搭載ヘッドの断面図である。
【００１３】
まず図１を参照して導電性ボールの搭載装置の構造を説明する。図１において、基台１の中央には搬送路２が設けられている。搬送路２はウェハ４を保持したプレート３を搬送し位置決めする。このウェハ４は略円形状の基板であり、後述するように複数の半導体素子が格子状に多数形成されている。基台１の上面の両端部には２台のＹ軸テーブル５が配設されている。２台のＹ軸テーブル５にはＸ軸テーブル６が架設されており、Ｘ軸テーブル６には搭載ヘッド７が装着されている。
【００１４】
搭載ヘッド７は下部にピックアップヘッド８を備えている。Ｘ軸テーブル６およびＹ軸テーブル５を駆動することにより搭載ヘッド７は水平移動する。搬送路２の前方にはボール供給部９が配設されており、ボール供給部９には導電性ボール１０が多数貯溜されている。搭載ヘッド７をボール供給部９の上方に位置させてピックアップヘッド８を上下動させることにより、ピックアップヘッド８は導電性ボール１０をピックアップする。そして搭載ヘッド７を位置決めされたウェハ４上に位置させてピックアップヘッド８を再度上下動させることにより、ピックアップヘッド８に保持された導電性ボール１０をウェハ４上に搭載する。
【００１５】
ボール供給部９の側方には、ピックアップヘッド８に装着されるマスク部材１２を載置するマスク載置部１１が配設されている。マスク載置部１１に対してピックアップヘッド８を上下動させることにより、ピックアップヘッド８にマスク部材１１を着脱・交換することができる。
【００１６】
ここで、ウェハ４について図３を参照して説明する。図３（ａ）に示すようにウェハ４は略円形状の基板であり、ウェハ４には矩形の電子部品である半導体素子４ａが配列ピッチＰｘ，Ｐｙで格子状に多数形成されている。図３（ｂ）で示すように、各半導体素子４ａには導電性ボール１０が搭載される電極４ｂが所定の電極配列パターンで多数形成されており、これらの電極４ｂは電極群４ｃを形成している。すなわちウェハ４のうち、これらの電極群４ｃが形成された範囲がボール搭載エリア（図３（ａ）の太線で囲まれた範囲）であり、ボール搭載エリアの外形は階段状となっている。
【００１７】
次に図２を参照して、搭載ヘッド７に備えられたピックアップヘッド８およびピックアップヘッド８の下面の吸着ツール８ａについて説明する。図２（ａ）に示すようにピックアップヘッド８の下面は突部形状の吸着ツール８ａとなっており、吸着ツール８ａの下面の吸着面には吸着孔８ｂが多数設けられている。吸引孔８ｃから真空吸引することにより、吸着孔８ｂには導電性ボール１０が吸着保持される。
【００１８】
ここで、吸着孔８ｂの配列について説明する。吸着ツール８ａの吸着面には、吸着孔８ｂの集合である吸着部１４が吸着面全面にわたって格子状に配列されている。ここで、吸着部１４の配列ピッチは、ウェハ４における半導体素子４ａの配列ピッチＰｘ，Ｐｙと等しいものとなっている。すなわち吸着部１４は半導体素子４ａの配列ピッチに対応して形成されている。各吸着部１４内には、前述の電極群４ｃを構成する電極４ｂの電極配列パターンに対応した位置に複数の吸着孔８ｂが形成されている。すなわち、各吸着部１４の吸着孔８ｂに吸着保持された導電性ボール１０の配列は、ウェハ４の半導体素子４ａの電極４ｂの配列に対応したものとなっている。
【００１９】
次に、図４を参照して吸着ツール８ａを用いてウェハ４への導電性ボールの搭載を行う際の、前述のボール搭載エリアの分割について説明する。ウェハ４のサイズは、通常は単一の吸着ツールで１回の搭載動作で導電性ボールを一括搭載可能なサイズを超える場合が多く、このような場合にはウェハ４のボール搭載エリアを複数の分割区画に分割し、各分割区画毎に導電性ボールの搭載を行う。
【００２０】
図４に示すように、ウェハ４のボール搭載エリアは複数区画に分割される。図４（ａ）は、ウェハ４のボール搭載エリアを４区画に分割した例を示している。このとき吸着ツール８ａの吸着面（サイズＷＸ，ＷＹ）は、各分割区画［１］，［２］，［３］，［４］をカバーするものとなっている。すなわち、ボール搭載エリアの分割に際しては、各分割区画が吸着ツール８ａの吸着面のサイズ以下となるようにウェハ４のボール搭載エリアの分割区画が設定される。
【００２１】
なお、図４（ａ）では、ウェハのボール搭載エリアを略同形状の４分割区画［１］，［２］，［３］，［４］に分割した例を示しているが、分割区画の形状やサイズは同一形状、同一サイズに限定されず、例えば図４（ｂ）の例のように、ウェハ４より大きいサイズのウェハ４’のボール搭載エリアを分割する際には、吸着ツール８ａの吸着面がカバー可能なサイズを勘案して９区画［１］〜［９］に分割してもよい。すなわち、半導体素子４ａの配列ピッチと半導体素子４ａ内の電極配列パターンが同一であれば、大きさが異なるウェハに対しても分割区画の設定を変えることにより、同一の吸着ツールを用いて導電性ボールの搭載を行うことが出来る。
【００２２】
次に、同一の吸着ツール８ａを用いて異なる分割区画への導電性ボールの搭載を行う際に用いられるマスク部材について説明する。図２（ａ）に示すように、吸着ツール８ａの下面にはマスク部材１２が装着されている。マスク部材１２は吸着ツール８ａの突部形状に対応したものとなっており、吸着ツール８ａの吸着面に当接するプレート部１２ａは、図２（ｂ）に示すように部分的に吸着部１４を閉塞するような形状となっている。図２（ａ）に示すように、吸着ツール８ａの吸着部１４のうち、範囲Ｂの部分のみに導電性ボール１０が吸着され、範囲Ａの部分は吸着部１４の吸着孔８ｂがプレート部１２ａによって閉塞されているため導電性ボール１０は吸着されない。
【００２３】
すなわちマスク部材１２は吸着孔閉塞手段であり、上記範囲Ａの部分の吸着孔８ｂを閉塞することにより導電性ボール１０を当該分割区画内の所定範囲の吸着部１４のみに限定して吸着させる吸着限定手段となっている。マスク部材１２は位置決めピン１３によってピックアップヘッド８に位置合わせされ、吸引孔８ｄから吸着用開口８ｅを介して真空吸着によりピックアップヘッド８に着脱自在に保持される。
【００２４】
マスク部材１２は、図４（ａ）に示す４つの各分割区画［１］，［２］，［３］，［４］に応じて異る形状のものが準備される。すなわち、分割区画［１］に導電性ボールを搭載する際に用いられるマスク部材１２Ａは、図２（ｂ）に示すような形状のプレート部１２ａを備えており、ウェハ４の分割区画［１］内の半導体素子４ａに対応した吸着部１４のみを対象とする所定範囲に限定して導電性ボール１０を吸着するようになっている。分割区画［２］，［３］，［４］に導電性ボール１０を搭載する場合に用いられるマスク部材１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄについても同様である。
【００２５】
これらの４種類のマスク部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは図５に示すようにマスク載置部１１上に載置され、マスク載置部１１に対してピックアップヘッド８を上下動させることにより、既装着のマスク部材１２を離脱し、他の任意のマスク部材１２を新たに装着することができる。
【００２６】
この導電性ボールの搭載装置は上記の様に構成されており、以下ボール搭載方法について図６を参照して説明する。図６（ａ）において、ピックアップヘッド８には分割区画［１］に対応するマスク部材１２Ａが装着されており、このピックアップヘッド８をボール供給部９内の導電性ボール１０に対して下降させ、吸着ツール８ａによって導電性ボール１０を真空吸着する。
【００２７】
このとき、マスク部材１２Ａによって吸着ツール８ａの所定範囲Ｃを除く部分の吸着孔８ｂが閉塞され、分割区画［１］内の半導体素子４ａに対応する吸着部１４のみに導電性ボール１０が吸着される。次いでピックアップヘッド８を上昇させてウェハ４上に移動させ、ウェハ４の所定部位に対して位置合わせしてピックアップヘッド８を下降させ、図６（ｂ），（ｃ）に示すようにウェハ４の分割区画［１］に属する各半導体素子４ａの各電極４ｂ（図３参照）に導電性ボール１０を搭載する。
【００２８】
この後、ピックアップヘッド８を上昇させ、マスク載置部１１上へ移動させる。そしてピックアップヘッド８を下降させ、図６（ｄ）に示すようにマスク部材１２Ａの吸着保持を解除してマスク載置部１１の所定位置に載置する。次いでピックアップヘッド８を次回使用のマスク部材１２Ｂ上に移動させて下降させることにより、吸着ツール８ａの下面には分割区画［２］に対応したマスク部材１２Ｂが装着される。
【００２９】
次に、ピックアップヘッド８を再度ボール供給部９上に移動させ、ここで上下動作を行わせることにより、吸着ツール８ａの下面の所定範囲Ｄのみに導電性ボール１０を吸着する。そして同様にウェハ４の分割区画［２］に属する半導体素子４ａの電極に対して導電性ボール１０を搭載する。そして上記動作をマスク部材１２を交換しながら４回反復することにより、ウェハ４の全半導体素子４ａの各電極に対して導電性ボール１０を搭載することができる。
【００３０】
上記搭載動作において搭載ヘッド７の往復回数は４回のみでよく、従来の個片ごとに搭載を行う方法と比較すれば往復回数は格段に少なくてすみ、したがって導電性ボールの搭載効率を向上させることができる。また本実施の形態では、製作費の高価な吸着ツール８ａは同一のものを用い、簡便安価に製作可能なマスク部材１２のみを交換するようにしているので、設備費用を低減することができる。また分割区画の大きさは従来実績からみて過大とならない妥当な範囲で設定されるため、搭載不良の少ない安定した導電性ボールの搭載が確保される。すなわち、従来方法では実現が困難であった、良好な搭載効率と安定した搭載品質とを両立させることが可能となる。
【００３２】
（実施の形態２）
図７（ａ）は本発明の実施の形態２の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの断面図、図７（ｂ）は同導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッド下面の平面図である。実施の形態１では、導電性ボールを吸着保持する吸着部として真空吸着による方法を用いているが、本実施の形態２は実施の形態１における吸着ツール８ａの各吸着孔８ｂに対応する位置、すなわち半導体素子の電極に対応する位置に、静電吸着によって導電性ボールを吸着する帯電部を備えるようにしたものである。以下、図７（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００３３】
図７（ａ）において、ピックアップヘッド２０の下面には、吸着基板２１が装着されている。吸着基板２１はガラスや樹脂などの絶縁物より構成され、吸着基板２１の下面（表面）には複数の帯電部２２が設けられている。帯電部２２は吸着基板に設けられた凹部の内表面にアルミなどの良導体の導電体２２ａを形成し、その表面を酸化珪素やポリイミド樹脂などの絶縁膜２２ｂで覆って形成されている。凹部は１つの帯電部２２に１個の導電性ボール１０を確実に保持するために形成されたものである。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように、帯電部２２は実施の形態１の吸着部１４内（図３参照）の各吸着孔８ｂに対応する位置に形成されており、これらの帯電部２２以外の吸着基板１２の表面は、導電体２１ａと同様の導電体２３によって覆われている。この導電体２３は、吸着基板２１上で導電体２２ａとは電気的に絶縁している。各帯電部２２の導電体２２ａはそれぞれ帯電制御部２４に電気的に接続されている。帯電制御部２４は、図示しない電源部と各帯電部２２の導電体２２ａとの接続を断接することにより、各帯電部２２の帯電・帯電解除を制御する。帯電部２２が帯電した状態では、凹部に導電性ボール１０が静電吸着により保持される。また、帯電部の帯電を解除すると保持された導電性ボール１０は凹部から離脱する。したがって、帯電制御部２４によってピックアップヘッド２０の下面に設けられた帯電部２２の帯電を制御して、吸着部１４のうちウェハ４の分割区画内の半導体素子４ａに対応した吸着部１４以外の帯電部の帯電を解除することにより、半導体素子４ａに対応した吸着部１４のみに限定して導電性ボール１０を吸着することができる。すなわち、帯電制御部２４は、吸着限定手段となっている。
【００３５】
また、導電性ボールが搭載される基板の例として、本実施の形態１，２では半導体素子が形成されたウェハを示しているがこれに限定されるものではなく、例えば複数の電子部品が格子状に作り込まれた基板であってもよい。この場合には、電子部品の電極に導電性ボールが搭載される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性ボールを吸着する際に吸着限定手段によって各分割区画に応じて定められる所定範囲の吸着部のみに限定して導電性ボールを吸着してピックアップし、各分割区画ごとに導電性ボールを一括して搭載するようにしたので、単一の吸着ツールを用いて導電性ボールが搭載されない特定部分を有する基板への導電性ボールの搭載を効率良くしかも安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装置の斜視図
【図２】 （ａ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの断面図
（ｂ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッド下面の平面図
【図３】 （ａ）本発明の実施の形態１のウェハの平面図
（ｂ）本発明の実施の形態１のウェハの部分平面図
【図４】 （ａ）本発明の実施の形態１のウェハの平面図
（ｂ）本発明の実施の形態１のウェハの平面図
【図５】 本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載装置のマスク載置部の平面図
【図６】 （ａ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
（ｃ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
（ｄ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
（ｅ）本発明の実施の形態１の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
【図７】 （ａ）本発明の実施の形態２の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの断面図
（ｂ）本発明の実施の形態２の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッド下面の平面図
【符号の説明】
４ ウェハ
４ａ 半導体素子
４ｂ 電極
８ ピックアップヘッド
８ａ 吸着ツール
８ｂ 吸着孔
１０ 導電性ボール
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ マスク部材
１２ａ プレート部
１４ 吸着部
２１ 吸着基板
２２ 帯電部
２４ 帯電制御部

Claims (4)

1. ボール供給部の導電性ボールをピックアップヘッドにより真空吸着してピックアップし、略円形状の基板に形成された複数の電子部品の電極に搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記ピックアップヘッドは前記略円形状の基板を複数区画に分割した分割区画のそれぞれをカバーする略矩形状の吸着面を有する吸着ツールを備えており、この吸着ツールの吸着面に前記電子部品の配列ピッチに対応した吸着部を形成し、且つこの吸着部に導電性ボールを吸着する複数の吸着孔を形成し、また前記分割区画内の電子部品と対応した吸着部のみに限定して導電性ボールを吸着させる吸着限定手段を設け、この吸着限定手段は前記吸着ツールの下面に着脱自在に装着されて前記吸着部のうち前記分割区画内の電子部品に対応した吸着部以外の吸着部の吸着孔を閉塞するマスク部材であり、このマスク部材を前記吸着ヘッドの下面に装着して、前記ボール供給部の導電性ボールのピックアップと前記略円形状の基板への搭載を行うようにしたことを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
2. 請求項１記載の導電性ボールの搭載装置によって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載方法であって、前記吸着ツールの下面に前記マスク部材を着脱自在に装着することにより、このマスク部材によって前記分割区画内の電子部品に対応した吸着部のみに限定して前記ボール供給部の導電性ボールを吸着してピックアップし、各分割区画ごとに前記吸着ツールに吸着された導電性ボールを一括して前記略円形状の基板に前記マスクを装着した状態で搭載することを特徴とする導電性ボールの搭載方法。
3. 略円形状の基板に形成された複数の電子部品の電極に吸着ツールによって導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記略円形状の基板を複数区画に分割した分割区画のそれぞれをカバーする略矩形状の吸着面を有する吸着ツールと、この吸着ツールの吸着面に前記電子部品の配列ピッチに対応して形成され、前記電極に対応する位置に導電性ボールを吸着する吸着部と、前記分割区画内の電子部品と対応した吸着部のみに限定して導電性ボールを吸着させる吸着限定手段とを備え、前記吸着部は、静電吸着によって導電性ボールを吸着する複数の帯電部を有し、前記吸着限定手段は前記帯電部を制御して前記吸着部のうち前記分割区画内の電子部品に対応した吸着部以外の吸着部の帯電部の帯電を解除する帯電制御手段であることを特徴とする導電性ボールの搭載装置。
4. 請求項３記載の導電性ボールの搭載装置を用いる導電性ボールの搭載方法であって、前記帯電制御部によって前記帯電部の帯電を制御して、前記吸着部のうち略円形状の基板の分割区画内の電子部品に対応した吸着部以外の帯電部の帯電を解除することにより、電子部品に対応した吸着部のみに限定してボール供給部の導電性ボールを吸着してピックアップし、各分割区画ごとに前記吸着ツールに吸着された導電性ボールを一括して前記略円形状の基板に搭載することを特徴とする導電性ボールの搭載方法。

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